高考一輪沖刺總復(fù)習(xí)：14.2《波粒二象性》

1、課標(biāo)版 物理,第2講波粒二象性,一、光電效應(yīng) 1.定義:在光的照射下,金屬中的 從表面逸出的現(xiàn)象(發(fā)射出的電子稱為光電子)。 2.產(chǎn)生條件:入射光的頻率 金屬的極限頻率。 3.光電效應(yīng)規(guī)律 (1)存在著飽和電流:對(duì)于一定顏色的光,入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。 (2)存在著遏止電壓和截止頻率:光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān),而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)。,電子,大于,(3)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性:當(dāng)頻率超過(guò)截止頻率時(shí),無(wú)論入射光怎樣微弱,幾乎在照到金屬時(shí)立即產(chǎn)生光電流,時(shí)間不超過(guò)10-9 s。 自測(cè)1關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律,下列說(shuō)法中正確的是() A.

2、只有入射光的波長(zhǎng)大于該金屬的極限波長(zhǎng),光電效應(yīng)才能產(chǎn)生 B.光電子的最大初動(dòng)能跟入射光強(qiáng)度成正比 C.發(fā)生光電效應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間一般都大于10-7 s D.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),單位時(shí)間內(nèi)從金屬中逸出的光電子數(shù)目與入射光強(qiáng)度成正比 答案D由=h=h知,當(dāng)入射光波長(zhǎng)小于金屬的極限波長(zhǎng)時(shí),發(fā)生光電 效應(yīng),A錯(cuò)誤;由Ek=h-W0知,光電子的最大初動(dòng)能由入射光頻率決定,與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān),B錯(cuò)誤;發(fā)生光電效應(yīng)的時(shí)間一般不超過(guò)10-9 s,C錯(cuò)誤。,二、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 1.光子說(shuō) 在空間傳播的光是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個(gè)光的能量子,簡(jiǎn)稱光子,光子的能量= 。其中h=6.6310-34 Js(

3、稱為普朗克常量)。 2.逸出功W0 使電子脫離某種金屬所做功的 。 3.最大初動(dòng)能 發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),金屬表面上的 吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值。 4.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程,h,最小值,電子,(1)表達(dá)式:Ek=h- 。 (2)物理意義:金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是h,這些能量的一部分用來(lái)克服金屬的 ,剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動(dòng)能Ek=mev2。 自測(cè)2(辨析題) (1)光電子就是光子。() (2)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大。() (3)從金屬表面出來(lái)的光電子的最大初動(dòng)能越大,這種金屬的逸出功越小。() (4)入射光的頻率越大,逸出功越大。() 答

4、案D(1)(2)(3)(4),W0,逸出功W0,三、光的波粒二象性與物質(zhì)波 1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說(shuō)明光具有 性。 (2)光電效應(yīng)說(shuō)明光具有 性。 (3)光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,稱為光的 性。 2.物質(zhì)波 (1)概率波:光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是光子到達(dá)概率 的地方,暗條紋是光子到達(dá)概率 的地方,因此光波又叫概率波。 (2)物質(zhì)波:任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng),其波長(zhǎng)=,p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量,h為普朗克常量。,波動(dòng),粒子,波粒二象,大,小,自測(cè)3對(duì)光的認(rèn)識(shí),下列說(shuō)法不正確的是() A.個(gè)別光子的行

5、為表現(xiàn)出粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性 B.光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性,不是光子之間的相互作用引起的 C.光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí),就不具有粒子性了,光表現(xiàn)出粒子性時(shí),就不再具有波動(dòng)性了 D.光的波粒二象性應(yīng)理解為:在某種情況下光的波動(dòng)性表現(xiàn)得明顯,在另外的某種情況下,光的粒子性表現(xiàn)得明顯 答案C光是一種概率波,少量光子的行為易顯示出粒子性,而大量光 子的行為往往顯示出波動(dòng)性,A正確;光的波動(dòng)性不是由于光子之間的相互作用引起的,而是光的一種屬性,這已被弱光照射雙縫后在膠片上的感光實(shí)驗(yàn)所證實(shí),B正確;粒子性和波動(dòng)性是光同時(shí)具備的兩種屬性,C錯(cuò)誤,D正確。,考點(diǎn)一對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解 1.光電效應(yīng)

6、的研究思路 (1)兩條線索,(2)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系 光強(qiáng)大光子數(shù)目多發(fā)射光電子多光電流大; 光子頻率高光子能量大光電子的最大初動(dòng)能大。 2.對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋,典例1(2015云南昆明模擬)(多選)一單色光照到某金屬表面時(shí),有光電子從金屬表面逸出,下列說(shuō)法中正確的是() A.只增大入射光的頻率,金屬逸出功將減小 B.只延長(zhǎng)入射光照射時(shí)間,光電子的最大初動(dòng)能將不變 C.只增大入射光的頻率,光電子的最大初動(dòng)能將增大 D.只增大入射光的頻率,光電子逸出所經(jīng)歷的時(shí)間將縮短 E.只增大入射光的強(qiáng)度,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目將增多 答案BCE金屬的逸出功只與金屬材料本身有關(guān),與入射光頻率無(wú)關(guān), A錯(cuò)誤;光

7、電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān),與照射時(shí)間無(wú)關(guān),B、C正確;光電子逸出所經(jīng)歷的時(shí)間與入射光的頻率無(wú)關(guān),D錯(cuò)誤;只增大入射光的強(qiáng)度,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目將增多,E正確。,光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)及發(fā)生條件 (1)光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是金屬中的電子獲得能量后逸出金屬表面,從而使金屬帶上正電。 (2)能否發(fā)生光電效應(yīng),不取決于光的強(qiáng)度,而是取決于光的頻率。只要照射光的頻率大于該金屬的極限頻率,無(wú)論照射光強(qiáng)弱,均能發(fā)生光電效應(yīng)。,1-1關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律,下面說(shuō)法中正確的是() A.當(dāng)某種色光照射金屬表面時(shí),能產(chǎn)生光電效應(yīng),則入射光的頻率越高,產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能也就越大 B.當(dāng)某種色光照射金屬表面時(shí),

8、能產(chǎn)生光電效應(yīng),如果入射光的強(qiáng)度減弱,從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加 C.對(duì)某金屬來(lái)說(shuō),入射光波長(zhǎng)必須大于一極限值,才能產(chǎn)生光電效應(yīng) D.同一頻率的光照射不同金屬,如果都能產(chǎn)生光電效應(yīng),則所有金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能一定相同 答案A從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子是瞬時(shí)發(fā)生的,與入射光 強(qiáng)度無(wú)關(guān),B錯(cuò);對(duì)某種金屬來(lái)說(shuō),入射光波長(zhǎng)必須小于一極限值,才能產(chǎn)生光電效應(yīng),光子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率和金屬的種類有關(guān),C、D錯(cuò)。,考點(diǎn)二光電效應(yīng)方程及圖像問(wèn)題 1.利用光電效應(yīng)方程分析問(wèn)題,應(yīng)把握的三個(gè)關(guān)系 (1)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=h-W0。 (2)光電子的最大初動(dòng)

9、能Ek可以利用光電管用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止電壓。 (3)光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功,它與金屬的極限頻率c的關(guān)系是W0=hc。,2.圖像分析,典例2(2013浙江自選,14,10分)小明用金屬銣為陰極的光電管,觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示。已知普朗克常量h=6.6310-34 Js。 (1)圖甲中電極A為光電管的(填“陰極”或“陽(yáng)極”);,(2)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率之間的關(guān)系如圖乙所示,則銣的截止頻率c=Hz,逸出功W0=J; (3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率=7.001014 Hz,則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek=J。 答案(1)陽(yáng)極 (

10、2)(5.125.18)1014(3.393.43)10-19 (3)(1.211.25)10-19 解析(1)由光電管的結(jié)構(gòu)知,A為陽(yáng)極;(2)Uc-圖像中橫軸的截距表示截 止頻率c,逸出功W0=hc;(3)由愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程Ek=h-W0,可求結(jié)果。,2-1(2015廣東汕頭模擬)(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為4.27 Hz,與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為0.5 eV)。由圖可知(),A.該金屬的截止頻率為4.271014 Hz B.該金屬的截止頻率為5.51014 Hz C.該圖線的斜率表示普朗克常量 D.該金屬

11、的逸出功為0.5 eV 答案AC圖線在橫軸上的截距為截止頻率,A正確,B錯(cuò)誤;由光電效應(yīng) 方程Ek=h-W0可知圖線的斜率為普朗克常量,C正確;金屬的逸出功為W0=h0= eV=1.77 eV,D錯(cuò)誤。,考點(diǎn)三對(duì)光的波粒二象性的理解 光既有波動(dòng)性,又有粒子性,兩者不是孤立的,而是有機(jī)的統(tǒng)一體,其表現(xiàn)規(guī)律為: (1)從數(shù)量上看:個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性;大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性。 (2)從頻率上看:頻率越低波動(dòng)性越顯著,越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象;頻率越高粒子性越顯著,越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象,貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)。 (3)從傳播與作用上看:光在傳播過(guò)程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性;在

12、與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性。 (4)波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一:由光子的能量E=h、光子的動(dòng)量p=表達(dá)式可,以看出,光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量頻率和波長(zhǎng)。 (5)理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波,也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子。 典例3(多選)物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn):在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,在光屏處放上照相底片,若減弱光的強(qiáng)度,使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng),底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子;如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋。對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果下列認(rèn)識(shí)正確的是(),A.曝光時(shí)間

13、不長(zhǎng)時(shí),光的能量太小,底片上的條紋看不清楚,故出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)子 B.單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有確定的軌道 C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方 D.只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動(dòng)性 答案BCD單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè),大量光子的落點(diǎn)出 現(xiàn)一定的規(guī)律性,落在某些區(qū)域的可能性較大,這些區(qū)域正是波通過(guò)雙縫后發(fā)生干涉時(shí)振幅加強(qiáng)的區(qū)域。光具有波粒二象性,少量光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性。所以正確選項(xiàng)為B、C、D。,波粒二象性的深入理解 (1)雖然平時(shí)所看到的宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí),看不出其波動(dòng)性,但也有一個(gè)波長(zhǎng)與之對(duì)應(yīng)。例如飛行子彈的波長(zhǎng)約為10-34 m。 (2)波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律,一切微觀粒子都存在波動(dòng)性;宏觀物體也存在波動(dòng)性,只是波長(zhǎng)太小,難以觀測(cè)。,(3)德布羅意波也是概率波,衍射圖樣中的亮圓是光子落點(diǎn)概率大的地方,但概率的大小受波動(dòng)規(guī)律的支配。,3-1(2015山西太原質(zhì)檢)關(guān)于